物理|物理学的现象学( 四 )


在这一信念中 , 我们主要是得到了一种想法的支持 , 那就是 , 我们看到实验结果和我们一个接一个地证明了的这些性质相符合和确切地对应 。 最后 , 在自然地加速的运动的探索中 , 我们就仿佛被亲手领着那样去追随大自然本身的习惯和方式 , 按照它的各种其他过程来只应用那些最平常、最简单和最容易的手段 。
 
 
现象与现象的关联
 
应该注意到的是 , 伽利略和开普勒的成就是牛顿能够获得成功的基础 。 正是因为前人对运动现象的本来面目的揭示以及合适的语言的发明才使牛顿的综合力学体系成为可能 。 所以 , 发现 “现象运作的模式” 是发现 “现象背后的原因” 的基础 。 物理学在更加深广的意义上是研究 “现象与现象的关联” 。 这个词汇包含了两层意思 , 即研究现象层面的 “现象运作的模式” 以及超越现象层面的 “现象背后的原因” 。 这个词既表明了物理学研究的目标 , 即发现 “现象背后的原因” , 也表明了发现的途径 , 即发现 “现象运作的模式” 。
这一要点非常鲜明地反映了物理学思维的特色以及物理学反形而上学的实质[4] 。 例如 , 量子场论的重整化理论非常鲜明地反映了这一思维特色 。 重整化理论的要点是重新定义量子场论理论中的参数 , 消除理论中对无法测量的 “裸量” 的依赖 , 建立关于可观测的物理量和物理量之间的关系 , 最终以对一部分物理量的测量预言另外一些物理量 。 虽然这个理论有所谓无穷大发散的问题 , 在数学上难以被人理解 , 但是其在可观测的物理量层次上的关联却是有限的、可以明确计算的 。 这个理论具有非常强大的预言能力 , 实验证实了重整化理论的许多预言 , 这一理论取得了难以想象的辉煌成功 。
量子电动力学的建立者之一、诺贝尔物理学奖获得者施温格 (J. Schwinger) 回忆自己在二战期间研究波导问题和后来发明重整化理论之间的联系时说[6]:
“在战争期间 , 我还研究了微波和波导的电磁问题 。 我也从物理学家的方法开始 , 包括使用散射矩阵 。 但早在这三年结束之前 , 我就开始用工程师的语言说话了 。 我想 , 对我和朝永振一郎来说 , 这些年的分心并非没有有益的教训 。 波导研究显示了重组理论来分离那些在给定的实验条件下无法探测的内部结构的成效 。 这个教训不久就被应用于核力的有效范围的描述之中 , 也正是这个观点导致了量子电动力学的自洽减除或重整化的观念 。 ”
施温格和量子电动力学的另一位建立者朝永振一郎 (S. Tomonaga) 都在二战期间从事过微波和波导的研究 。 他们都发现 , 对于波导问题而言麦克斯韦方程包含了过多的信息 , 直接使用麦克斯韦方程到波导问题之中使该问题变得十分复杂而难以解决 , 但因为实验只关心少量的宏观信息 , 实际上可以在此问题中使用与观测量直接联系的、更加唯象的语言简化问题 。 这实际上是类似于引文中施温格提及的散射矩阵的思路 , 即放弃从基本相互作用开始的想法 , 而直接在可观测的物理量的层次上建立关联 。 这些研究经验最终启发施温格在量子电动力学的重整化理论上做出了重要贡献 。 当然散射矩阵理论在这条道路上走得更远 , 而量子电动力学或者量子场论的重整化理论没有像散射矩阵理论那样把这种思想推向极端 。

推荐阅读